CC BY
8
УДК 541.183:621.315.592.4
И.А. Кировская, Т.A. Kuovskaya, e-mail:[email protected]
П.Е. Нор, Р.Е. Nor
АЛ. Ратушныи, A.A. Ratushny
Омский государственный технический университет, г. Омск. Россия Omsk state technical university, Omsk, Russia
КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИЕ, СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ II БИНАРНЫХ КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМЫ CdS - CdTe
CRYSTAL CHEMISTRY, SPECTROSCOPIC AND ELECTROPHYSICAL PROPERTIES OF SOLID SOLUTIONS AND BINARY COMPONENTS SYSTEM CdS - CdTe
На основе рентгенографических. ИК-, УФ- и КР-спектроскогпгческнх исследований оннарнвк полупроводниковых соединений CdS, CdTe и нх твердых растворов замещения различного состава установлены закономерности изменения с составом крнсталлохимичесшх (структурных), спектроскопических н мекгрофи-!нческнх (ширины запрещенной зоны) свойств полупроводников системы CdS - CdTe, позволившие определить возможности их практического применения.
On the basis of x-ray. Ж. UF and Raman spectroscopic studies of binary semiconductor compounds CdS and CdTe and solid solution of substitution of different composition regularity of changing the composition of crystallochemical [structural), spectroscopic and electrochemical (the width of the forbidden zone] properties of semiconductors system CdS - CdTe, which allowed to determine the possibilities of their practical application.
Ключевые слова: полупроводники, твердые растворы, нанатенки, криапаллохшичесте, спектроскопические, электрофизические свойства, люминесценция, механизм, закономерности
Keywords: semiconductors, solid solutions, nanolayers, crystal chemistry, spectroscopic, electrophysicai properties, luminescence, mechanisms and regularities
Объекты исследований - порошки, наноппенки CdS, CdTe и твердых растворов (CdS^ (CdTe)i_x (х= 0,16; 0,24; 0f5; 0,61). Твердые растворы получали двумя методами: изотермической диффузии бинарных соединений в вякуу миров анных запаянных кварцевых ампулах при Т = 1173 БС и дискретным термическим напылением в вакууме (ТЕ(Шя = 298К, Р = 1,33-Ш4 Па) на электродные площадки пьезокварцевых резонаторов (АТ-среза; собственная частота колебаний 3 МГц) [1].
Аттестацию твердых растворов осуществляли по результатам рентгенографического анализа (дифрактомегр ДРОН -3, CuK^ р - излучение, X = 0,154178 и 0,139217 им).
ПК—спектры регистрировали на Фурье -спектрометре ин фра-красном ИнфраЛЮМ ФТ-02 с приставкой МНПВО (материал кристалла - германий, спектральный диапазон 800 - 4000 см"1); УФ-спекгры на - спектрофотометре UV-2501PC фирмы «Shimadzu» с приставкой диффузного отражения ISR-240A (спектральный диапазон 190-900 mi, разреше-
296
а, А с, А
И
с, \Л
а, \У
ко
и
шел. <М> ОЛЧ
ние - 1 нм); КР - спектры (спектры комбинационного рассеянии) - на рамаповском Фурье-спектрометре ВИТЖЕК КЕБ-ЮО/й (длина волны возбуждающего лазера к - 785 нм, мощность - до 100 мВт, спектральное разрешение - 3 см-1).
На основе результатов рен тген о граф ических исследований доказано образование твердых растворов замещения в системе СсК-С(1Те при заданных составах, определены значения: параметров кристаллических решеток (я,с), межплоскостных расстояний (с^у), кристаллографической плотности (рД структуры бинарных компонентов и твердых растворов (СсЙ н твердые растворы имеют структуру вюрпита, Сс1Те - сфалерита) [2].
С изменением состава системы значения параметров кристаллических решеток, межплоскостных расстояний изменяются плавно, практически линейно, значения рентгеновской плотности экстремально (через максимум при X сле = 16 мол %) (рис. 13 2).
Результаты ПК - спекгщ)аскопических исследований представлены на рис. 3. В основном эти результаты были использованы для определения химического состава реальной поверхности исследуемых объектов. Показано, что он принципиально не отличается от химического состава реальной поверхности ранее изученных алмазоподобных полупроводников [3].
В аспекте данной работы интерес представляют обнаруженные закономерности в изменении относительного положения и интенсивности основных ПК-полос поглощения с изменением состава системы С(13-С(1Те К ним, прежде всего, следует отнести полосы валентных колебаний адсорбированных молекул Н20, СОт[43 5].
Такой факт дополнительно подтверждает образование в системе твердых растворов замещения и может быть использован, наряду с другой информацией, как ориентир при подборе эффективных материалов и адсорбентов.
УФ - спектры твердых растворов с избыточным содержанием теллурида кадмия сходны с УФ - спектром: сульфида кадмия и при этом имеют ярко выраженное плечо в интервале длин волн 550-725 нм. обусловленное возникновением экситонного эффекта (рис. 4).
Весьма ценным явилось определение на основе УФ - спектров значений важнейшей характеристики полупроводников - ширины запрещенной зоны (ДЕ) [б].
Обращает на себя внимание нелинейный характер зависимости ДЕ = £ (хедз) (максимум при 16. минимум при 50 мол. % СЛЗ) при практическом совпадении значений ЛЕсая, ДЕсате. найденных в данной работе и известных из литературы (рис. 2).
При этом прослеживаются аналогия и взаимосвязь зависимостей «ширина запрещенной зоны - состав», «рентгеновская плотность - состав» (рис. 2). В основе такой взаимосвязи лежит изменение координационного окружения атомов, их электроотрицательности, ионно-
Рис. 1. Зависимости изменения параметров кристаллической решетки от состава компонентов системы С<1?-Сс1Те (а, с - параметры кристаллической решетки: ТА' - нюрдат)
/>Г1 г/см5 ДЕ.ЭВ
Рис. 2. Зависимости рентгеновской плотности (1) н ширины запрещенной зоны (2) от состава компонентов системы СёЗ-СёТе
29S
В КР - спектрах твердых растворов и бинарного компонента - сульфида кадия в анти-сгокс овской области присутствуют узкие пики, характеризующие примесную люминесценцию (соответствующие частотам колебаний кристаллической решетки гексагональной модификации) [7].
Зона проводпмостп ч
•у ч \ \хЧч
дЕ
т
-ЛРВ 1 -ЛЕВ 2 -ЛРО
>
7 7 / Валентвая зона
I
Рис. 6. Схема энергетических переходов, возникающих при межзонной рекомоннационной люминесценции в сложных полупроводниках [«ЛРВ 1», «ЛРВ 2» - ловушки рекомбинации с возбужденными уровнями. «ЛРО» - ловушка рекомбинации с основным уровнем)
Механизм люмннесценшш можно истолковать, опираясь на основные положения зонной тории твердого тела [8] и представить ниже приведенной схемой (рис. б), подробно описанной в [9]_
Согласно предложенному механизму, возникает длительное свечение, продолжающееся до тех пор. пока все электроны не прорекомбинируют с ионизационными центрами.
Целесообразно также отметить, что рассчитанные на основ? КР - спектров средние энергии, соответствующие межзонным переходам и характеризующие ширину запрещенной зоны, находятся в хорошем согласии с результатами определения ширины запрещенной зоны на основе УФ - спектров [6].
Таким образом, на основе выполненных исследований установлены определенные закономерности в изменении кристаллохимических, спектроскопических и электрофизических (ЛЬ) свойств с изменением состава системы Сс13-С<1Те. При этом одни свойства изменяются с составом статистически (плавно), а другие - экстремально [1].
Библиографический список
1. Кировская, И. А. Твердые растворы бинарных и многокомпонентных полупроводниковых систем. / И. А. Кировская - Омск : ОмГТУ. 2010. - 400 с.
2_ Получение, структурные исследования и аттестация новых адсорбентов (С(±5),. (С ¿Те) И. А. Кировская [др] И Омский научный вестник. - 2012. -№1(10 7).-С.39-42.
3. Кировская. И. А. Поверхностные свойства бинарных алмазоподобных полупроводников / И. А. Кировская. - Омск : ОмГТУ, 2012.-416с.
4. Лштл. Л. Инфракрасные спектры адсорбированных молекул /Л. Лигтл - М.: Мир. 1969.-514 с.
5. Накамото, К. ИК- спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений. / К. Накамото - М. : Мир, 1991. - 536 с.
6 Ширина запрещенной зоны кристаллов CdTe и CdogZiiruTe / Л_ А Косяченко [и др] Н Физика и техника полупроводников. - 2011. — Т.45; № 10. - С. 1323 - 1330
7. Сущинский, М. М Резонансное неупругое рассеяние света в кристаллах I М. М. Сушинсшш //Успехи физических наук. - 1988. - Т. 154; Вып. 3. - С. 353 - 379.
8. Кировская. И. А. Адсорбционные процессы / И А. Кировская. - Иркутск: Изд-во ИГУ, 1995. - 300 с.
9. Кировская, И. А. Кислотно—основные и оптические свойства бинарных и тройных компонентов системы CdS-CdTe / И. А. Кировская. П. Е Нор ■/ Диналшка систем, механизмов и машин; ОмГТУ. - Омск, 2012. -Кн. 3 -С. 180- 185.
300
